Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать последние новости и специальные предложения.
Сварочные операции: Наплавка
Наплавку тем или иным способом сварки применяют для нанесения на поверхность изделия слоя металла с заданными составом и свойствами. Наплавка используется как при изготовлении новых деталей (клапанов двигателей внутреннего сгорания, конусов и чаш загрузочных устройств доменных печей, шарошек буровых долот и др.), так и при восстановлении изношенных деталей (колес железнодорожного подвижного состава, деталей сельскохозяйственных машин и др.). Автоматическая наплавка благодаря многократному восстановлению может сократить расход металла для изготовления изнашивающихся деталей во много раз.
Схемы четырех способов легирования наплавленного металла
Способы наплавки под флюсом
Для наплавки широко применяют способы дуговой сварки. Требования, предъявляемые к наплавленному металлу, в ряде случаев могут быть обеспечены только при достаточно высоком содержании легирующих элементов. При сварке под флюсом такое легирование можно получить одним из способов, показанных на рис. Преимуществами наплавки под флюсом являются непрерывность процесса, высокая производительность, малые потери электродного металла, отсутствие излучения дуги. Самая малая глубина проплавления и минимальное перемешивание основного и наплавленного металла достигаются колебанием электрода поперек шва, применением многодуговой, многоэлектродной наплавки и наплавки ленточным электродом шириной до 200 мм. При наплавке тонкими (толщиной менее 0,5 мм) стальными лентами и лентами из цветного металла (меди, алюминия и др.) для увеличения жесткости ленты на участке между подающими роликами и токоподводяшими роликами, а также на вылете электрода применяют изогнутые ленты. Изгиб осуществляется роликами.
Конструкции порошковых проволоки (а) и лент (б...г)
Широко применяется дуговая наплавка порошковыми проволоками и порошковыми лентами, в состав сердечника которых кроме газо- и шлакообразующих веществ входят и легирующие компоненты. Наплавка порошковыми лентами больших поверхностей дает значительное повышение производительности труда.
Для наплавки цилиндрических деталей малого диаметра применяют вибродуговую наплавку. Сущность способа состоит в том, что деталь наплавляется проволокой, которой вибратор сообщает колебания, причем в зону сварки подается струя жидкости. Достоинством этого метода является минимальное коробление восстанавливаемой детали при толщине наплавляемого слоя 0,5 ... 0,2 мм, сохранение структуры металла вблизи наплавки, возможность наплавки деталей малых диаметров (15 ... 20 мм), внутренних отверстий и деталей со шлицевым соединением плоскостей. Однако большие скорости охлаждения и отсутствие надежной защиты зоны сварки могут приводить к появлению трещин и ухудшению механических свойств. Поэтому при восстановлении ответственных деталей, работающих в тяжелых условиях переменных нагрузок, способ вибро дуговой наплавки с подачей жидкости не всегда пригоден. Стремление сохранить хорошие качества наплавки, получаемой под слоем флюса, при всемерном уменьшении остаточных деформаций привело к использованию вибрации электрода при наплавке под флюсом, что обеспечивает надежное зажигание и горение дуги при весьма низких режимах. В сочетании с охлаждением наплавляемой детали такой способ дает существенное снижение остаточных деформаций при высоких механических свойствах. Флюсоудерживающее приспособление крепится к сварочной головке и перемещается вместе с ней. Металлические щетки прижимаются к детали и задерживают флюс. Снятие шлака производится резцом. Для лучшего отделения шлака и охлаждения наплавляемой детали устанавливают охладитель, подающий сжатый воздух.
Наиболее дешев и прост способ легирования через порошковую шихту из ферросплавов, вводимую в слой флюса с помощью дозатора с щелью, регулируемой гайкой с помощью заслонки, соединенной с указателем. Дозатор крепится к мундштуку головки автомата и представляет собой трубку с боковым вырезом. Устранение сепарации при введении неоднородных компонентов можно обеспечить применением многоканальных дозаторов.
В некоторых случаях весьма эффективно можно использовать наплавку под слоем флюса легированных сплавов лежачим пластинчатым электродом, имеющим легирующую обмазку. При ширине пластины до 200 мм производительность процесса составляет до 0,5 м2/ч.
Высокую производительность (до 30 кг/ч) обеспечивает плазменная наплавка с подачей в ванну двух плавящихся электродов, подключенных последовательно к источнику питания и нагреваемых почти до температуры плавления. Защитный газ подается через сопло.
При плазменной порошковой наплавке горелка имеет три сопла: для формирования
плазменной струи, для подачи присадочного порошка, для подачи защитного газа. Один источник тока служит для зажигания дуги осциллятором между электродом и соплом, а другой источник тока формирует плазменную дугу прямого действия, которая оплавляет поверхность изделия и плавит порошок, подающийся из бункера потоком газа. Изменяя ток обеих дуг устройствами, можно регулировать количество теплоты, идущей на плавление основного металла и присадочного порошка и, следовательно, долю металла в наплавленном слое.
Порошковый питатель
На рис. приведена конструкция порошкового питателя с дозирующим устройством черпающего типа. Ступенчатое изменение расхода порошка производят сменой черпающих дисков, отличающихся по толщине. К тройнику подается инертный газ, который заполняет бункер с порошком и облегчает транспортирование порошка в сварочную ванну. Из корпуса дозирующего устройства порошок поступает в инжектор, а затем в зону сварочной ванны.
При индукционной наплавке нагрев поверхности изделия осуществляется индуктором. Электродная проволока, расплавляющаяся в индукторе, поступает к месту наплавки. Такой способ нашел применение при наплавке клапанов двигателей внутреннего сгорания и других деталей.
Газопорошковая наплавка позволяет упрочнять детали сложной конфигурации слоем минимальной толщины (0,1 ... 0,3 мм) почти без разбавления основным металлом. Для наплавки используют специальные горелки. Порошок из бункера под действием силы тяжести и инжектирующего действия кислородной струи поступает в пламя и на наплавляемую поверхность. Наплавку ведут гранулированным самофлюсующимся порошком системы хром—бор—никель. Газопорошковую наплавку применяют в основном при ремонтных работах, для восстановления и упрочнения автотракторных деталей, штампов, матриц и др. Большие возможности предоставляет электрошлаковая наплавка.
Для многократного использования расплавленного шлака разработан процесс непрерывной горизонтальной электрошлаковой наплавки деталей с постоянной шлаковой ванной. Электрод подается в шлаковую ванну и, расплавляясь, заполняет углубление, образованное заготовкой и стенками формирующих устройств (кристаллизаторов). Шлаковик неподвижен, а детали в формах периодически перемещаются.
Наплавка с шлаковым котлом
Наплавка с совмещенной шлаковой ванной осуществляется при окунаний изделия в расплав металла, находящийся в кристаллизаторе под шлаковой ванной. Кольцевой греющий электрод поддерживает шлак в расплавленном состоянии в шлаковике. После наплавки одной детали в шлаковую ванну опускается плавящийся электрод, который обеспечивает наличие расплавленного металла в кристаллизаторе. На рис. представлена наплавка с шлаковым котлом, в котором расплавленный шлак поддерживается в форме. При опускании электрода вниз часть шлака переливается в соседнюю форму, изолированную прокладкой, где осуществляется расплавление электрода. После накопления металла электрод удаляется и в форму опускается наплавляемая деталь. Аналогично наплавке деталей, осуществляется электрошлаковая отливка деталей.
Для покрытия поверхности заготовок сплавом другого состава используют наплавку окунанием в расплав. Предварительно детали нагревают индуктором в расплавленном флюсе для растворения пленки окислов на детали. Затем детали переносят и окунают в расплавленный сплав, находящийся во втором тигле. При погружении заготовки в сплав пленка флюса отделяется от поверхности и всплывает, а сплав намораживается на заготовку.
При индукционно-шлаковой наплавке расплавление присадочного металла осуществляется индуктором. Разогрев шлака происходит при протекании тока между графитовым тиглем и графитовым электродом. Наплавляемая поверхность детали облицовывается жидким металлом.
Электроконтактная наплавка проволокой применяется для ремонта цилиндрических деталей с гладкой поверхностью и по заранее проточенной резьбе. Канавки на изношенной поверхности детали можно получить электромеханической высадкой резцом, присоединенным к трансформатору, с одновременной приваркой проволоки, придавливаемой роликом. Электроконтактным способом можно наплавлять детали и порошком. Электроконтактная наплавка используется при изготовлении фрез и ленточных пил, у которых наплавляется режущая кромка.
Схема процесса газопорошкового напыления
Напыление позволяет восстанавливать изношенную поверхность при минимальном термическом воздействии на деталь. Расплавление проволок или порошка осуществляется дугой, плазмой или газовым пламенем. Для более прочного сцепления металлизированного слоя с основным металлом иногда на поверхности цилиндрических деталей нарезают резьбу, а по краям наплавки делают замки. На рис. показана схема газопорошкового напыления. После напыления порошка слоем 0,1 ... 5,0 мм производят оплавление покрытия, которое получается гладким и беспористым.
Возможны варианты ремонта и изготовления различных деталей наплавкой. Заплавка изношенных отверстий соединительных муфт производится сваркой под флюсом на остающейся подкладке. Тормозной шкив из стали 35Л перед наплавкой по краям облицовывается прутками для предупреждения отекания металла и флюса. Первый слой наплавляется сплошной проволокой для выравнивания изношенной поверхности. Второй слой, наплавленный порошковой проволокой, обеспечивает нужную твердость. Третий слой, наплавленный сплошной проволокой, - позволяет легко обработать поверхность шкива.
При наплавке зубчатых колес применяют сплошную наплавку слоя после срезки изношенных зубьев или наплавляют каждый зуб, применяя стальные вставки. Для крепления колес при наплавке можно применить конусные гайки, перемещающиеся на винте.
Для наплавки контактной поверхности большого конуса доменной печи успешно применяется печная наплавка композиционного сплава. В зазор между технологическим кольцом и телом конуса засыпают зерна релита, сверху в контейнер укладывают припой и герметизируют внутреннее пространство приваркой крышки. При нагреве в печи при температуре 1150°С внутреннее пространство вакуумируется, припой плавится, пропитывает зерна релита и соединяет их с основным металлом. После наплавки кольцо и контейнер удаляют при механической обработке.
Конус большого размера армируют предварительно наплавленными композиционными
плитами, укрепляя их болтами и обваривая по периметру. Поверхность швов облицовывают композиционными сплавами.
Для деталей загрузочных устройств доменной печи, имеющих сложную конфигурацию, применяют армирование рабочей поверхности плоскими трубами 2, предварительно наплавленными композиционным сплавом в печи методом пропитки. Внутреннюю полость труб предварительно заполняют металло-керамическим дробленым сплавом и пропитывают припоем в печи. Трубы на поверхности уложены с зазором 20 мм в направлении, перпендикулярном движению шихтовых материалов, и приварены швами, поверхность которых облицована композиционным сплавом.
Наплавка жидким присадочным металлом высокопроизводительна. Нагретая до высокой температуры деталь помещается в литейную форму и заливается жидким металлом. Поверхность детали перед наплавкой зачищается и покрывается тонким слоем флюса.
Для формирования жидкого металла при однопроходной групповой наплавке лопастей бетоносмесителя порошковой лентой устанавлен медный водоохлаждаемый кокиль. После наплавки детали разбивают по местам соприкосновения. Аналогично наплавляют зубья ковша экскаватора. Упрочнение тарельчатых ножей торфяных машин производится электроконтактной наплавкой высоколегированного металлического порошка на поверхность ножей. Режущая кромка получается трехслойной : слой 1 определяет износостойкость; закаленный слой 2 —
прочность и исходный слой 3 — вязкость металла ножа.
Широко применяется наплавка клапанов двигателей внутреннего сгорания плазменной дугой, индукционным способом и дугой в вакууме.
При расплавлении индуктором кольца, установленного на клапане через прослойку
флюса, жидкий металл "намораживается" при охлаждении клапана струями воды, подаваемой из резервуара. При наплавке в вакууме дуга расплавляет кольцо. Жидкий металл удерживается медной формой.
Наплавка внутренних поверхностей втулок может быть выполнена центробежным способом при расплавлении порошка индуктором или дугой, горящей между угольными электродами.
